盾構法越江道路隧道建設關鍵技術

劉艷濱

（上海城投公路投資（集團）有限公司，上海 200335）

盾構法越江道路隧道建設關鍵技術

劉艷濱

（上海城投公路投資（集團）有限公司，上海 200335）

通過對上海建設的多條大直徑盾構越江隧道進行總結分析，確定盾構法越江道路隧道建設管理需遵循功能性、安全性等總體原則，提出盾構法越江道路隧道的盾構工作井、圓隧道橫斷面選型與設計參數(shù)、盾構隧道防水等設計關鍵技術，介紹盾構選型及開挖面平衡技術、壁后注漿技術、盾構進出洞施工、監(jiān)控量測等施工技術，分析盾構隧道防水技術、防火內(nèi)襯及風塔合建等防火與通風存在問題與改進措施，以期為今后同類工程建設提供借鑒。

大直徑盾構；越江隧道；設計施工技術

0 引言

越江道路隧道建設經(jīng)歷了由小直徑向大直徑、由單層向雙層、由短向長、由單點進出向多點進出的發(fā)展趨勢，隨著城市總體交通規(guī)模的持續(xù)快速增長，越江道路建設的需求越來越多、隧道直徑越來越大。截至2014年底，上海市道路越江隧道已建成14處、在建5處，隧道外徑11～15 m。在世界各國的城市地下基礎設施建設中，主要采用盾構法、明挖法技術及各種輔助工法，在建筑物密集和對周圍環(huán)境影響限制嚴格的大城市中，盾構法具有明顯的優(yōu)勢。根據(jù)日本1991年對東京、大阪等主要城市的統(tǒng)計，在城市隧道工程中，盾構法占60.9%，明挖法占33%。在上海、武漢、杭州等地也已建成多處超大直徑盾構法道路隧道，取得了一定的技術突破。杭州錢江隧道和上海長江西路隧道采用了盾構整體平移和調(diào)頭的工作井設計［1］；上海北橫通道工程針對超大直徑小半徑曲線盾構隧道的構造設計和施工控制技術等進行了研究［2］；武漢三陽路越江隧道采用了公鐵合建、上層布置車道和管廊層、下層布置軌道交通及疏散通道的橫斷面設計，雙線小凈距（不足0.35D）設計方案［3］；日本營團地鐵7號線采用φ14.18 m泥水盾構，頂覆土最薄處為0.89D；北京地下直徑線前三門隧道，在襯砌管片內(nèi)弧側和外弧側各設置1道防水密封墊2道防水設防，首道防水彈性橡膠密封墊采用以EPDM為主、輔以遇水膨脹橡膠的復合密封墊防水技術［4］。在上海建設的19條大型道路越江隧道中，盾構法隧道有18條，占總數(shù)的95%，在盾構法隧道的設計及施工方面積累了大量經(jīng)驗。隨著工程規(guī)模的不斷擴大，越江道路隧道的安全可靠和經(jīng)濟合理成為建設各方高度關注的問題，處理不當會造成巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的社會影響。因此，有必要對已建成項目進行分析、評價和總結，提煉出軟土大直徑盾構法道路隧道設計施工關鍵技術，為后續(xù)同類工程建設提供指導和借鑒。

1 建設管理總體原則

綜合“十一五”期間上海建成的城市道路隧道的建設經(jīng)驗，盾構法越江道路隧道建設總體上應遵循“功能性、安全性、經(jīng)濟性、集約化、環(huán)境友好”等原則。

1）功能性原則。越江道路隧道設計首先必須滿足交通功能需求，隧道總平面布置應在充分滿足隧道功能的前提下，綜合考慮規(guī)劃用地、城市景觀、環(huán)境保護、防災的要求，進行隧道主體、地下附屬設施及地面附屬設施的布置。

2）安全性原則。越江道路隧道建設應遵循全壽命周期的理念，運營安全和建設期安全并重，既要以人為本，做到以防為主、防消結合，確保行車安全、結構防護安全、人員疏散安全的防災設計，又要充分考慮建設條件、現(xiàn)有技術水平和施工能力，確保建設安全。

3）經(jīng)濟性原則。在方案合理的基礎上優(yōu)先考慮建造成本和經(jīng)濟指標的降低，如：合理確定建筑限界，充分利用橫斷面空間；優(yōu)化選址，減少動遷量；優(yōu)化結構設計，選擇適宜的施工方法和結構型式。

4）集約化原則。一是越江道路隧道空間利用的集約化，在有限的結構斷面中，合理組織隧道功能，最大限度提高隧道通行能力；二是道路管理設施的集約化，包括多項目合一的管理用房、結合周邊建筑的風塔合建等。

5）環(huán)境友好原則。在工程規(guī)劃、設計、建設和運營過程中，都采取有利于環(huán)境保護的管理方式、建設方式和采購方式，建立隧道工程項目與環(huán)境良性互動的關系，隧道建設既要考慮環(huán)境保護、城市景觀協(xié)調(diào)、節(jié)能降噪、耐久性等需求，又要考慮設施運營的長效安全。

2 盾構法越江道路隧道設計關鍵技術

2.1 盾構工作井

盾構工作井是盾構組裝、拆卸及始發(fā)、接收的場所，是隧道最先開工和最后完工的結構；它連接了圓形的盾構隧道和矩形的明挖隧道，是隧道內(nèi)設備集中放置的區(qū)域；同時，盾構工作井開挖深度大、尺寸大、工況復雜，也是設計難度大、施工風險大的結構，且易出現(xiàn)滲漏水。

2.1.1 工作井設計應滿足建設的功能及流程要求

2.1.1.1 建設的功能要求

1）設計應滿足施工籌劃和周邊環(huán)境的要求。始發(fā)井的尺寸需要考慮盾構的組裝、管片調(diào)運、出土出泥等要求，其內(nèi)部平面長度（順隧道線路方向）由盾構長度和安裝空間決定，而平面寬度（垂直于隧道線路方向）則主要取決于隧道出洞處的線路線間距、盾構直徑以及盾構組裝時的操作空間要求。接收井一般是隧道最后完工的區(qū)域，其平面凈空尺寸也同樣受盾構尺寸、隧道線路線間距、盾構的安裝空間控制。當雙管隧道只采用1臺盾構進行施工時，需要設置1個盾構調(diào)頭井，要求底板上表面為1個平面，即底梁不得上翻。設置調(diào)頭井的隧道主要有翔殷路隧道、軍工路隧道等。

2）設計應滿足使用階段的功能要求。工作井車道層上層（即工作井的下一層）的凈空尺寸大，平面也較為規(guī)整，因此，設備層一般布置在此層空間內(nèi)。在凈空允許的情況下，在工作井的地下1層之下可設置電纜夾層，最小凈高應大于1.4 m。雙管隧道的工作井車道層一般設置調(diào)頭車道，使車輛在緊急情況下可在此處調(diào)頭。工作井作為隧道暗埋段的最低點，需要在井內(nèi)設置廢水泵房，并設置橫截溝攔截從暗埋段流向盾構段的水。

2.1.1.2 建設的流程要求

盾構隧道始發(fā)井的施工流程是施工圍護—施工框架+內(nèi)襯—拆除支撐—組裝盾構—出洞+拼裝負環(huán)—盾構推進+拼裝管片—推進完成—拆除負環(huán)—施工各層板—安裝+調(diào)試設備；接收井的施工流程是施工圍護—施工框架+內(nèi)襯—拆除支撐—進洞—拆除盾構—施工各層板—安裝+調(diào)試設備。當工期要求緊張時，可以將下一層的設備搬離工作井，另行在暗埋段布置，這樣工作井的最后收頭工作將不再影響設備的搬運和調(diào)試，如龍耀路隧道的接收井。

2.1.2 工作井的設計規(guī)模與圍護結構選型

2.1.2.1 工作井的設計規(guī)模

工作井的設計長度一般由機頭長度、盾尾、安裝平臺和安裝空間等多個因素決定，若盾構整體調(diào)頭，在調(diào)頭井中需同步考慮盾構整體調(diào)頭所需的空間。工作井尺寸確定與周邊環(huán)境關系密切，當條件受限時，工作井尺寸需要根據(jù)實際情況進行縮減，如：人民路隧道浦西工作井周邊環(huán)境條件受限，隧道的最小凈距僅3.7 m（0.33D），兩側的盾構安裝空間也只留了1.38 m，這樣井的內(nèi)凈空就壓縮為29.4×16.4 m，比同類型的工作井凈寬小了4.6 m。這些措施降低了對周邊道路和管線的影響，但在盾構安裝和進出洞等方面帶來了很大難度。

2.1.2.2 工作井的圍護結構選型

1）上海的城市隧道工作井周邊均有較高的環(huán)境保護要求，已建隧道的工作井圍護結構均采用地下連續(xù)墻明挖順作。盾構進出洞的覆土一般大于0.5D，已建越江隧道工作圍護結構厚度主要是1.0、1.2 m，插入比主要有0.74、0.82、0.86。

2）地下連續(xù)墻設計厚度選取原則。根據(jù)工程位置、周圍環(huán)境條件、基坑開挖深度，當開挖深度在20～25 m時，采用1 m厚地下連續(xù)墻作為圍護；當開挖深度在25 m以上時，采用1.2 m厚地下連續(xù)墻作為圍護。

3）工作井圍護結構插入比設計。工作井地下連續(xù)墻的入土深度主要取決于土層情況和基坑環(huán)境保護等級，需要通過基坑的整體穩(wěn)定性、坑底抗隆起穩(wěn)定性計算確定。根據(jù)目前上海多條隧道工作井的插入比綜合分析，已建盾構工作井的深度在20～30 m，采用0.8～1.2 m厚地下連續(xù)墻，基坑坑底多落在⑤1、⑤1-2、⑥層上，基坑等級為一、二級，地下連續(xù)墻插入比為0.67～0.88。當?shù)貙虞^差和基坑等級為一級時，在基坑設計中可以通過坑底和支撐底加固等方法進行加強，以減小地層變形和增加穩(wěn)定性。

2.1.3 工作井的構造設計要求

1）變形縫設置。在工作井與暗埋段、盾構段等結構變化較大處應設置變形縫，需要在接口處由密至疏設置變形縫，其位置宜設置在工作井地下連續(xù)墻外側0.5～1 m處；盾構進出洞加固區(qū)與常規(guī)區(qū)域等處地基變化較大，也需要相應的設置變形縫。

2）施工縫設置。工作井與盾構段、暗埋段的結構形式變化較大，施工縫位置和間距應綜合考慮結構形式、受力要求、施工方法、氣象條件等因素來確定。工作井框架、圍檁在圍護階段先行實施，內(nèi)襯后施工，兩者之間結合面較難處理，是常見的漏點；因此，需要在設計中考慮預留全斷面注漿管等類似措施，以便今后堵漏。在變形縫、施工縫處應采取有效防水措施，其施工縫防水設置如圖1所示，在施工縫中宜預留注漿管，以便在今后出現(xiàn)滲漏時進行注漿堵漏。

圖1 工作井施工縫防水示意圖Fig.1 Waterproofing measures for construction joints of working shaft

3）后澆板混凝土結構防滲漏水技術處理措施。工作井后澆板易在角部形成斜裂縫，這主要是由于工作井框架以及先期澆筑的板整體剛度較大，后澆板混凝土結構存在固結收縮，易在角部產(chǎn)生斜裂縫而出現(xiàn)滲漏水。可通過以下技術處理措施進行改進：在頂框架與后澆板接縫處預留企口，既利于頂板抗剪，又可以減少接縫滲漏水現(xiàn)象；頂板采用補償收縮防水混凝土，摻加具有補償收縮功能的微膨脹外加劑，并細化后澆板微膨脹混凝土的外加劑指標，使其基本能達到膨脹與水化收縮的平衡。

2.2 圓隧道橫斷面設計

2.2.1 單雙層橫斷面設計選擇

隧道橫斷面設計包括隧道平面、橫斷面和縱斷面建筑設計，主要與建筑限界、設備安裝和疏散要求等有關。其中，建筑限界是橫斷面設計的關鍵，它取決于車道數(shù)、通行車輛類型和設計行車速度。上海已建成的盾構越江道路隧道有4種直徑（11.36、13.95、14.5、15.0 m），其代表性的圓隧道橫斷面設計如圖2所示。綜合分析越江道路隧道規(guī)模及橫斷面布置，雙向4車道推薦斷面為φ14.5 m雙層斷面，或2×φ11.36 m圓隧道單層斷面；當規(guī)模為雙向6車道時，推薦斷面為φ14.5 m單層斷面。

2.2.2 雙層隧道設計關鍵

1）當雙層隧道各層車道正常運營時，車行功能各自獨立；當發(fā)生事故火災時，互相疏散，互為備用。2）雙層隧道由于空間限制，車道常選用小型車甚至突破小型車的技術標準，因此，需充分考慮車道高度、寬度對救援車輛的限高要求。3）當雙層隧道空間較低時，內(nèi)部空間設計需充分考慮較低空間的視覺效果，與照明配合，以避免眩光。4）隧道空間極其緊張，宜通過管線綜合設計，合理安排設備與管線，管線可以共享，宜在其中一層設置專用電纜管線通道，將干管、與防災救援相關的應急管線至于其中，以減少意外損壞。

2.3 圓隧道設計參數(shù)控制

2.3.1 最小曲線半徑選擇

圓隧道段所能采用的最小曲線半徑取決于隧道的直徑、盾殼內(nèi)藏管片的長度、盾構車架的長度以及其內(nèi)部的走行系統(tǒng)等，最小曲線半徑與隧道外徑關系如圖3所示。盾構的選型要與工程條件相匹配，一般情況下最小平曲線半徑為45～80D（D為隧道外徑），在對盾構設備的適應能力進行核實后可減小最小曲線半徑。如打浦路隧道復線工程最小平曲線半徑為380 m，僅為35D，是目前國內(nèi)外同規(guī)格盾構隧道中最小的，該工程在小半徑曲線段采用了1.5 m環(huán)寬的常規(guī)管片與0.75 m的小環(huán)寬管片組合的模式擬合曲線，在施工過程中，未出現(xiàn)異常，結構使用狀況良好。

2.3.2 隧道縱坡設計

隧道縱坡設計的主要控制因素在于滿足道路車輛通行要求外，還應滿足盾構動力系統(tǒng)以及配套設備系統(tǒng)的要求。在已建隧道中，復興東路隧道的縱坡最大，達到5.59%，人民路隧道的最大縱坡為5%（見圖4）。

2.3.3 盾構隧道間的最小距離

為了降低對先推進盾構隧道的影響，2條隧道間需保留一定的安全距離，最小距離一般為0.5～0.6D（D為隧道外徑）（見圖5）。若間距過小，需采取工程措施。

圖2 已建越江道路隧道斷面圖（單位：mm）Fig.2 Cross-sections of river-crossing road tunnels built in Shanghai（mm）

圖3 最小曲線半徑與隧道外徑關系圖Fig.3 Correlation between minimum curve radius and outer diameter of tunnel

2.3.4 隧道最小覆土厚度

盾構最小覆土厚度與工程地質(zhì)、周邊環(huán)境有關，覆土厚度越小，對地面的影響越大［5］。為了減少明挖段的長度及深度、節(jié)約工程投資，在工程條件允許的情況下，盡量采用較小的覆土厚度，盾構的最小覆土厚度一般取在0.53～0.70D。

2.4 盾構隧道防水設計

盾構隧道以混凝土自防水為根本，接縫防水為重點［6］，滿足結構防水和使用壽命要求。上海已建隧道防水形式如表1所示。

2.4.1 彈性橡膠密封墊的設置

盾構法隧道襯砌接縫的主要防水措施是彈性橡膠密封墊的設置，橡膠的材質(zhì)有多種類型，三元乙丙橡膠具備力學性能受溫差變化影響較小、應力松弛相對其他橡膠而言變化較小的特點，十分適合作為彈性橡膠密封墊的材質(zhì)［7］。另根據(jù)試驗檢測結果，彈性橡膠密封墊頂部嵌入的水膨脹橡膠所產(chǎn)生的膨脹止水功效不明顯，且通過調(diào)研了解到國內(nèi)水膨脹橡膠的產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，不利于應用到彈性橡膠密封墊的斷面構造中。因此，采用單一的三元乙丙橡膠作為密封墊標準化設計材質(zhì)的要求是合理且必需的。

圖4 人民路隧道縱斷面圖Fig.4 Longitudinal profile of Renminlu river-crossing shield-bored tunnel

圖5 隧道間最小水平凈距與隧道外徑關系分布圖Fig.5 Correlation between minimum clear distance between two parallel shield-bored tunnels and outer diameter of tunnel

2.4.2 防砂條的設計

防砂條的設計理念由國外的相關經(jīng)驗得來，設計防砂條的目的在于：因其設置于彈性橡膠密封墊的外側，可阻擋泥砂直接作用于密封墊本體，確保密封墊的耐久性使用要求，同時可起到輔助防水的功效。而遇水膨脹類材料能較好地滿足上述要求。另從試驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)場使用效果來看，膨脹類材料遇水后產(chǎn)生的膨脹力未超過管片混凝土的抗壓強度，故對管片不產(chǎn)生任何影響。因此，將防砂條作為接縫防水密封墊的配套設計措施是有益的，可將其作為密封墊標準化設計的附加內(nèi)容。防砂條的材質(zhì)建議采用遇水膨脹類材料。

表1 隧道防水形式統(tǒng)計表Table 1 Statistics of waterproofing measures of river-crossing shield-bored tunnels built in Shanghai

2.4.3 螺栓孔的防水

采用設置遇水膨脹橡膠密封圈的方式達到防水目標。

2.4.4 涂刷保護涂膜防水

隧道管片是否采用外防水涂層，需根據(jù)隧道所處地質(zhì)條件決定。涂刷保護涂膜可有效降低混凝土的滲透系數(shù)與氯離子擴散系數(shù)，通常可以使用環(huán)氧瀝青、環(huán)氧-聚氨酯、環(huán)氧-氯磺化聚乙烯涂料，或者水泥基滲透結晶型防水涂料。

2.4.5 管片外注漿防水

管片外注漿可以分為同步注漿、二次注漿，漿液可分為單液漿液和水玻璃雙液型漿液。同步注漿就是在隧道內(nèi)將具有適當?shù)脑缙诩白罱K強度的材料，按規(guī)定的注漿壓力和注漿量，在盾構推進的同時，通過注漿管注入盾尾與管片間空隙內(nèi)。可以作為襯砌防水的第1道防線，提供長期、均質(zhì)和穩(wěn)定的防水功能，同時，作為隧道襯砌結構加強層，具有耐久性和一定強度。同步注漿主要技術參數(shù)有注漿量、注漿速度、注漿壓力和注漿材料。應根據(jù)地層條件、隧道線路情況認真選擇注漿方式和漿液。

3 盾構法越江道路隧道施工關鍵技術

3.1 盾構選型及開挖面平衡技術

3.1.1 盾構選型

在上海建成隧道中，除穿越吳淞江的外灘隧道采用土壓平衡盾構以外，其余皆采用了泥水平衡盾構（見圖6）。泥水平衡盾構通過泥水以及氣壓平衡切削面壓力，控制靈敏度高，能減少對土層的擾動，但其泥水系統(tǒng)對場地的要求較高，同時，盾構擾動土體受泥水系統(tǒng)的擾動存在較大的固結變形，后期土體的變形較大。土壓平衡盾構在切削面的壓力控制靈敏度上相對較差，但其擾動土體后期變形相對較小，同時，對場地要求較小，對環(huán)境的影響小。通過外灘通道的工程實踐可知，土壓平衡盾構在市區(qū)實施具有一定的優(yōu)越性。由于盾構種類的不同，其穩(wěn)定切削面的機制也有所不同。

圖6 泥水平衡盾構示意圖Fig.6 Schematic diagram of slurry shield

3.1.2 土壓平衡盾構開挖面

為了保持土壓平衡盾構在推進過程中的切削面穩(wěn)定，可通過控制螺旋輸送機的排土量、調(diào)節(jié)盾構千斤頂?shù)耐七M速度和螺旋輸送機轉速這2種方法來實現(xiàn)［8］。土壓平衡盾構切削面穩(wěn)定的必要條件為：1）泥土壓力需平衡切削面上的土壓力和水壓力；2）利用螺旋輸送機等排土機構調(diào)節(jié)排土量；3）對需混入添加材的土質(zhì)而言，注入的添加材必須可使泥土的流塑性和抗?jié)B性提高到滿足切削穩(wěn)定的要求。

3.1.3 泥水平衡盾構開挖面

泥水平衡盾構是通過泥水艙內(nèi)的泥水壓力在切削面處形成泥膜或滲透區(qū)域來穩(wěn)定切削面，一般情況下所設定的泥水壓力要比作用在切削面上的泥水壓力略高（20～50 kN/m2）。在掘進管理中，泥水的品質(zhì)、泥水壓力以及切削土量的管理很重要。

3.2 盾構進出洞施工

3.2.1 洞門預埋鋼環(huán)

圓形隧道與盾構工作井接口為后澆環(huán)形鋼筋混凝土井圈。為保證圓隧道結構與工作井結構的可靠連接，需在盾構工作井的洞門處預埋環(huán)形鋼板。為保證盾構進出洞在打開洞門時水土盡量少流失，預埋環(huán)形鋼板的直徑一般比盾構的外徑大500 mm左右；另外，在盾構出洞前，還需通過預埋環(huán)形鋼板上預留的螺栓孔安裝鉸鏈板、簾布橡膠板等出洞防水裝置（見圖7）。

圖7 大直徑盾構洞圈防水構造圖Fig.7 Waterproofing measures taken for shield launching

3.2.2 進出洞土體加固

在盾構進出洞時，洞門處地層較軟弱，需進行端頭加固，地基加固范圍一般為洞口外周圍D/2，加固長度為洞口外1D；對于含砂地層考慮適當加大地基加固的長度和深度，且預設降水井。經(jīng)加固后的土體要有良好的自立性、密封性及均勻性，其無側限抗壓強度qu≥0.8～1.0 MPa，土體滲透系數(shù)K≤1×10-7cm/s。同時，由于加固區(qū)與非加固區(qū)土體軟硬程度不同，為避免工作井、加固區(qū)與非加固區(qū)間的不均勻沉降，宜在其間設置變形縫。上海大直徑盾構隧道進出洞加固主要采用深層攪拌樁結合深井降水，部分隧道盾構進出洞加固采用了冰凍法，加固效果均滿足要求。

3.2.3 井接頭施工設計

圓形隧道與盾構工作井接口為后澆環(huán)形鋼筋混凝土井圈。為保證圓隧道結構與工作井結構的可靠連接，需在洞門處預埋連接鋼環(huán)，并在洞門混凝土管片環(huán)面預埋鋼板，以便后澆環(huán)形井圈，使整個結構形成一個整體。

3.4 監(jiān)控量測

3.4.1 觀測點設置

線路縱向地表沉降觀測點應沿線路中線按3～5環(huán)間距布設；橫向地表沉降觀測斷面一般設置50 m間距，應按盾構掘進沿線環(huán)境保護要求重點設置，觀測范圍一般不小于中線兩側10 m（大于隧道底埋深），測點間距2～5 m。

3.4.2 監(jiān)測頻率

盾構切口前20 m至盾尾脫出后30 m，2次/d；當掘進面前后小于50 m時，1次/2 d；當盾尾脫出30 m后，當變形速率大于5 mm/d時，不少于2次/d；當變形速率在1～5 mm/d時，不少于1次/d；當變形速率在0.5～1 mm/d時，每2 d監(jiān)測1次；當變形速率小于0.5 mm/d時，每周1次或更長。

3.4.3 變形觀測

當盾構穿越地面建筑物、地鐵隧道、鐵路、橋梁、防汛墻、地下管線等重要構筑物時，除應對穿越體進行觀測外，還應增加對其周圍土體的變形觀測。

4 盾構法越江道路隧道防火與通風技術

4.1 隧道防火技術

4.1.1 隧道內(nèi)防火內(nèi)襯

隧道車道內(nèi)防火內(nèi)襯設計關系到防災能力，除滿足相關技術要求外，還應滿足以下要求：1）在防火內(nèi)襯安裝之前，必須先把照明燈具、揚聲器、電纜等設備的安裝腳頭或支架安裝好，待防火內(nèi)襯安裝后，再做設備安裝，并注意對防火內(nèi)襯的保護，以確保防火效果；2）防火內(nèi)襯安裝應不對結構體安全產(chǎn)生影響，并不影響建筑限界和設備安裝空間；3）對隧道頂部影響逃生、救援安全的露明設備管線，防火內(nèi)襯需設置保護構造（需要保護的內(nèi)容包括應急照明電纜、風機電纜、防災通信電纜等），根據(jù)設計要求進行保護；4）防火內(nèi)襯要求使用年限為25年（即在隧道環(huán)境中使用25年，不產(chǎn)生結鹵、粉化、撓曲、返潮、開裂，確保防火效果）。上海道路越江隧道（單層）防火內(nèi)襯布置如圖8所示。

圖8 單層圓隧道防火內(nèi)襯示意圖Fig.8 Fire-resistant lining of shield-bored tunnel

4.1.2 問題與改進

4.1.2.1 防火涂料

防火涂料施工工序靈活，可以先附設管線后噴涂，也可先噴涂后附設管線，施工工期長。防火涂料有較好的透水性，容易發(fā)現(xiàn)漏點，并能及時處理，但存在脫落現(xiàn)象，應進行如下改進：1）在盾構法隧道段，變形縫間距1.5～2.0 m，變形縫過密，而矩形隧道的變形縫間距較大（20～60 m），因此，防火涂料產(chǎn)品適用于矩形隧道，變形縫處一般需要設置引滲漏水措施，防火涂料在此處也是相應斷開的；2）在防火涂料設計施工中，關鍵是厚型涂料需采取中間拉結措施，以保持涂料整體性，并采用效果良好的基面處理方法，以保證涂料與結構體可靠粘結。

4.1.2.2 防火板

防火板施工簡便、工期短。防火板用膨脹螺栓固定在結構上，安裝構造比較牢靠，但滲漏點不易發(fā)現(xiàn)，應進行如下改進：1）在防火板施工之前，必須完成堵漏或引水措施；2）防火板顏色層可以噴涂與板材性質(zhì)接近的涂料層（如無機不燃的深色涂料），應在出廠前噴涂完成，現(xiàn)場對板縫處進行補涂；3）在結構變形縫處，一般采用防火板直接鋪貼的方式，裝修不做特殊處理。外灘隧道、人民路隧道矩形隧道段的變形縫多有滲漏，對防火板的耐久性不利；因此，裝修增加了一個U型不銹鋼排水槽引流，以便于發(fā)現(xiàn)漏點、保護板材。

4.2 通風地面設施

4.2.1 風塔（亭）設計

隧道的通風地面設施包括高風塔、低風亭、敞開（半敞開）風口等。隧道設置低風亭、敞開（半敞開）風口，需要地面道路有較好的條件，設置寬度一般不小于3 m的綠化帶，且設置低風亭的區(qū)域周圍沒有敏感建筑，污染物擴散結果可達到環(huán)保要求。低風亭、風口對景觀影響少，是一種很好的設計方案。上海越江道路隧道風塔、風亭設計進行了多種方式的嘗試（單建、合建與改建），其風塔建設形式見表2。

表2 風塔形式一覽表Table 2 Statistics of ventilation towers of river-crossing shield-bored tunnels built in Shanghai

4.2.2 問題與改進措施

1）某隧道風塔由于現(xiàn)場條件的限制，出風口面積較小，且風口扁長，因此，在調(diào)試時出風不暢，當一臺風機啟動后，另一臺風機需增加軟起動功率。

2）在敞開直排式風塔正下方，一般均設置集水坑和雨水溝，但仍會有雨飄入機房內(nèi)部，因此，風機房需增加排水溝與整個排水系統(tǒng)連通。

3）采用路中綠化帶敞口低風井設計的隧道，由于排風井較長，標高宜按地面道路標高控制。帶獨立風道的低風井如果不設頂棚，應考慮設置獨立排水設施，排水設施建議不直接排到路面，而是另外設置，以避免雨量過大時對路面影響過大。

5 結論與建議

1）盾構法越江道路隧道建設應在滿足交通功能需求的基礎上，確保設施運營及建設安全，充分體現(xiàn)方案的經(jīng)濟合理性，盡可能采取集約化設計，建造環(huán)境友好型交通設施。

2）盾構工作井建設必須充分考慮工程水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、設備選型及施工技術水平，合理確定工程規(guī)模和圍護結構，細部構造精細化設計，以防止?jié)B漏水病害的發(fā)生。

3）建筑限界是橫斷面設計的關鍵，它取決于車道數(shù)、通行車輛類型和設計行車速度。綜合分析越江道路隧道規(guī)模及橫斷面布置，雙向4車道推薦斷面為φ14.5 m雙層斷面，或2×φ11.36 m圓隧道單層斷面；當規(guī)模為雙向6車道時，推薦斷面為φ14.5 m單層斷面。

4）盾構隧道最小曲線半徑取決于隧道的直徑及盾構選型，一般情況下，最小平曲線半徑為45～80D （D為隧道外徑）；最大縱坡應滿足盾構動力系統(tǒng)以及配套設備系統(tǒng)的要求，宜小于5.6%；最小覆土厚度一般取0.53～0.70D。

5）應重視盾構進出洞的高風險，做好盾尾同步注漿與二次注漿，以控制地表沉降，嚴格要求管片制作質(zhì)量及防水措施的實施，做好監(jiān)控量測，實行信息化施工，確保工程建設安全，并有效減少運營期病害。

6）消防及通風排煙設施是保持隧道安全運營的重要設施，應確保其施工質(zhì)量。風塔（亭）的設計應因地制宜，盡量與其他建筑合建，以融入環(huán)境，減少用地。

（References）：

［1］ 王吉云.φ15.43 m超大直徑盾構整體平移機及調(diào)頭施工技術［J］.施工技術，2014（增刊1）：394-397.（WANG Jiyun.Construction technology of whole shield translation and turn-around for 15.43 m super large diameter shield［J］.Construction Technology，2014（S1）：394-397.（in Chinese））

［2］ 溫竹茵.超大直徑盾構小半徑轉彎技術研究［J］.城市道橋與防洪，2015（9）：210-214.（WEN Zhuyin.Study on small radius turning technology of super-large diameter shield ［J］.Urban Roads Bridges＆Flood Control，2015（9）：210-214.（in Chinese））

［3］ 陳饋，馮歡歡.武漢三陽路公鐵合建超大直徑盾構隧道設計方案研究［J］.現(xiàn)代隧道技術，2014，51（4）：168-177.（CHEN Kui，F(xiàn)ENG Huanhuan.Design option for the extralarge rail-and-road shield tunnel on Sanyang Road in Wuhan ［J］.Modern Tunnelling Technology，2014，51（4）：168-177.（in Chinese））

［4］ 索曉明，張繼清，楊毅秋.北京地下直徑線大直徑盾構隧道技術研究［J］.中國工程科學，2010，12（12）：11-17.（SUO Xiaoming，ZHANG Jiqing，YANG Yiqiu.Large diameter shield tunnel technology of Beijing underground diameter wire［J］.Engineering Science，2010，12（12）：11-17.（in Chinese））

［5］ 陳海軍.水下長距離淺埋大直徑盾構隧道設計與施工［J］.建筑機械化，2012（增刊2）：51-54.（CHEN Haijun.Design and construction of long distance tunnel shield under water［J］.Construction Mechanization，2012，（S2）：51-54.（in Chinese））

［6］ DG/TJ08—2033—2008道路隧道設計規(guī)范［S］.上海：上海市隧道工程軌道交通設計研究院，2008.（DG/TJ08—2033—2008 Roadtunneldesigncode［S］.Shanghai：Shanghai Tunnel Engineering＆Rail Transit Design and Research Institute，2008.（in Chinese））

［7］ 肖明清.國內(nèi)大直徑盾構隧道的設計技術進展［J］.鐵路標準設計，2008（8）：84-87.（XIAO Mingqing.Progress in the design of large diameter shield-bored tunnels in China ［J］.Railway Standard Design，2008（8）：84-87.（in Chinese））

［8］ 張鳳祥，傅德明，楊國祥.盾構隧道施工手冊［M］.北京：人民交通出版社，2005.（ZHANG Fengxiang，F(xiàn)U Deming，YANG Guoxiang.Shield tunnel construction manual［M］.Beijing：China Communications Press，2005.（in Chinese））

Key Construction Technologies for River-crossing Shield-bored Road Tunnels

LIU Yanbin
（Shanghai SMI Highway（Group）Co.，Ltd.，Shanghai 200335，China）

In the paper，the river-crossing shield-bored large-diameter road tunnels built in Shanghai are summarized and analyzed.It is proposed that the function and safety of the river-crossing shield-bored road tunnels must be ensured in the construction of these tunnels.Furthermore，the type selection and design parameters of the working shafts and the circular tunnels and the waterproofing technology for the shield-bored tunnels are proposed.The shield type selection technology，excavation face balance technology，backfilling grouting technology，shield launching/arriving technology and monitoring technology are presented.The waterproofing technology，fire-resistant lining technology and the technology of integrating the ventilation towers into other buildings are analyzed.

large diameter shield；river-crossing tunnel；design and construction technology

10.3973/j.issn.1672-741X.2015.11.001

U 455.46

A

1672-741X（2015）11-1113-08

2015-08-05；

2015-11-09

劉艷濱（1965—），男，山東利津人，1985年畢業(yè)于石家莊鐵道學院，橋隧工程專業(yè)，本科，教授級高級工程師，主要從事高架道路、隧道與地下工程建設的技術管理工作。